Vii bob. Yoqilg‘1 havo aralashmasida yoqilgining alangalanishi, yonish fronti va to‘la yonish jarayoni

7.5. Turbulent-diffuzion yonish

Diffuzion yonish intensivligi aralashma hosil bo‘lish intensivligiga bog'liq. Shuningdek, turbulent oqimda massa almashinuvi laminar oqimdagidan ko‘plab martaga katta bo‘ladi va sanoatda aralashmaydigan gazlami yoqish uchun turbulent diffuzion uslubdan foydalanish maqsadga muvofiq bo‘ladi.

Turbulent diffuzion yonishda yonuvchi gaz va havo yondirgich orqali yonish kamerasiga alohida uzatiladi. Gaz va havoni bitta yondirgich orqali yoki bir-biriga yaqin joylardan uzatish mumkin.
Masalan, doirasimon yondirgichdan 1 chiqayotgan yonuvchi aralashma turbulent rejimda ochiq fazoga purkalayotgan va oksidlovchi bilan aralashayotgan boTsin (7.4-rasm). Gaz oqimi turbulent tarqalayotgan bo‘lsa yonish zonasiga atrof-muhitdan havo, oqim yadrosidan 2 esa - gaz diffuziyalanadi. Gaz va kislorod oqimlari yonish zonasida 3 kimyoviy reaksiyaga kirishadi. Gazlar konsentratsiyasi a mash’ala o‘qida, havo konsentratsiyasi b esa atrof-muhitda maksimal qiymatga ega bo‘lsa, bu qiymatlar yonish zonasida nolga tushib qoladi va yonish mahsulotlarining konsentratsiyasi s maksimal qiymatga erishadi. Yonish zonasida paydo boTayotgan yonish mahsulotlari atrofga havo bilan 5, mash’ala ichiga yonuvchi gaz bilan 4 aralashish uchun tarqaladi.
98
7.4-rasm. Turbulent diffuzion mash’ala strukturasi. a, b va s - gaz, havo va yonish mahsulotlarining konsentratsiyalari.


7.6. Kam miqdordagi havoli muhitda yonuvchi aralashmani yonishi

To‘liq yonish uchun yetarli bo‘lmagan miqdordagi havo tarkibli yonuvchi aralashmaning yonishini ko'rib chiqamiz. Bu holatda aralashma yondirgich orqali yetkazib beriladi.

Yondirgichdan chiqishda aralashma tarkibidagi yoqilg'ining bir qismi muhitda mavjud kislorod bilan birikib, yondirgichning chiqish qismida, bir turli yonuvchi aralashmaning hosil bo'lishi va yonish qonuniyatlariga asosan, konussimon alanga ffontini hosil qilib yonadi. Yoqilg'ining yonmay qolgan qismi yonish mahsulotlari bilan birgalikda yonish zonasini kesib o‘tadi va o‘zini o‘rab turgan muhitdagi havo bilan aralashgandan keyin, diffuzion yonish qonuniyatlariga ko'ra, ikkinchi yonish zonasini hosil qilib yonadi. Shunday qilib, mash’ala band qilib turgan fazo ikkita yonish zonasiga ega bo'lgan uchta sohaga bo'linadi (7.5-rasm).
99


aralashma


diffuzion yonish zonasi
bir turli aralashmaning yonish zonasi
7.5-rasm. Yonish uchun yetarli bo’lmagan havo miqdoriga ega yonuvchi aralashma mash’ala sxemasi.
Yondirgich uchi va birinchi alanga fronti orasida joylashgan mash’ala sohasida yonish jarayoniga kirishmagan yoqilg‘i-havo aralashmasi harakatlanadi. Ikki yonish zonalari orasidagi soha birinchi alanga frontida yonmay qolgan yoqilg‘ining yonish mahsulotlari bilan birgalikda hosil qilgan aralashmasidan iborat bo’ladi. Nihoyat, diffuzion yonish zonasidan tashqarida yonish mahsulotlarining havo bilan aralashmasi joylashadi.
Bir turli yonuvchi aralashmaning yonish zonasi va diffuzion yonish zonalarining uzunligi yondirgichga uzatilayotgan dastlabki aralashma tarkibidagi havo miqdoriga bog’liq bo‘ladi. Havo miqdorining kamayishi bilan bir turli yonuvchi aralashmaning yonish zonasi qisqarib, diffuzion yonish zonasi esa o’zining ma’lum chegarasigacha, ya’ni birinchi yonish frontining tugash sohasigacha kattalashib boradi. Aksincha, aralashma tarkibida havo miqdorining ko’payishi bilan diffuzion yonish zonasi kichiklashib boradi va stexiometrik yonuvchi aralashma uzatila boshlashi bilan faqat bir turli gaz-havo aralashmasining yonish zonasi qoladi [3].
Yoqilg’i birinchi yonish zonasiga kirgunga qadar yonish zonasining nurlanishi va yonish mahsulotlarining diffuziyasi hisobiga qiziydi. Uglevodorodli birikma tarkibiga ega aralashma yoqilganda bu qizish ikkita asosiy jarayonning boshlanishiga: nisbatan past haroratlarda boshlanuvchi oksidlanish jarayoni va termik parchalanish jarayonlariga asos bo’Iishi mumkin. Oksidlanish jarayoni aralashmaning muvaffaqiyatli yonishiga
100

ijobiy ta’sir ko‘rsatadi. Parchalanish jarayoni esa yuqori haroratlarda og‘ir uglevodorodlaming hosil bo‘lishiga sabab bo‘ladi, bu holat yonish jarayonini murakkablashtiradi va chala yonish holatini keltirib chiqaradi. Oksidlanish jarayonida kislorod ta’siridan aldegidlar oksidlanib formaldegidlar hosil qiladi yoki kislorod yetishmovchiligi tufayli parchalanib ketadi. Yetarli miqdorda havo mavjud bo‘lganda formaldegidlar yonib CO2 va H2O hosil qiladi. Havo yetarli bo‘lmaganda esa formaldegid CO va H2 ga parchalanadi. Parchalanish mahsuli vodorod elementi havoning hisobiga zanjirli reaksiya hosil qiladi va bu jarayonda chala yonish mahsuloti qolmasdan, ya’ni oxirigacha davom etib yakunlanadi. Yetarli miqdorda havo bo‘lmaganda yoki mavjud havo miqdori yonuvchi aralashma tarkibida notekis taqsim- langanda shu aralashmaning o‘zida aldegidlaming parchalanish hududi yuzaga kelib, bu yerda og‘ir uglevodorodlar paydo bo‘ladi va o‘z navbatida ular kimyoviy chala yonish mahsuli qurum hosil qiladi [3].

Shunday qilib, yonuvchi aralashmaning to‘la yonishida aralashma hosil qilishi, ya’ni chuqur aralashish hal qiluvchi ahamiyatga ega degan xulosaga kelishimiz mumkin. O‘txona yuzasiga havo bilan yoqilg‘i alohida berilganda, ya’ni diffuzion yonish holatida maksimal kimyoviy chala yonish hududi kuzatiladi. Yoqilg‘i gaziga biroz miqdorda havo aralashtirilganda diffuzion yonish zonasidagi chala yonish hududi ham kamayganligini ko‘rish mumkin. To‘la yonish uchun zaruriy miqdordagi havo bilan yaxshi aralashgan yonuvchi aralashma chala yonish mahsulotlari hosil qilmasdan oxirigacha yondirilishi mumkin.

7.7. Laminar mash’ala yonishining barqarorlik shartlari

Ochiq mash’alali, atmosferali turdagi yondirgichlarda tabiiy o‘t oldirish doirasi mavjud bo‘lsa, yonish jarayoni barqaror amalga oshishi mumkin, ya’ni yonuvchi aralashmani o‘matilgan rejimda uzatishning belgilangan hajmlarida va yondirgichdan oqib o‘tayotgan aralashmaning uncha katta bo‘lmagan tezliklarida

101

mash’ala turg‘un tarzda amalga oshadi. Oqim tezligining kichik qiymatlarida alanga yondirgich sathidan sakrashi mumkin, katta tezliklaxda esa alanga yondirgich sathidan ajraladi va o‘chib qoladi.

O‘t oldirish doirasi zonasidagi mash’alaning asos qismi atrofida W = - Un tengligi atmosfera turidagi yondirgichlarda laminar yonishning barqarorlik sharti sanaladi. Bir turli aralashma hosil qilayotgan mash’alada W < Un bo’lganda yondirgichda alanganing sakrab o‘tishi sodir bo‘ladi. Alanganing yondirgich sathidan sakrab o‘tish tezligidan kichik tezlik chegarasi, tezlik bo‘yicha yonish barqarorligining quyi chegarasi deb ataladi.
Har doim bir turli yonuvchi aralashmaning yonishi alanganing normal tarqalishi hisobiga amalga oshadi, bunda konsentratsion alangalanish chegarasidagina barqaror alangaga erishish mumkin. Agar yonuvchi aralashma tarkibida yoqilg‘i gazininig miqdori eng ko‘p miqdordan katta bo‘lsa, zangori konus paydo bo'lmaydi va mash’ala faqat diffuzion yonishga kirishadi. Agar aralashmada yonuvchi gaz miqdori quyi chegaradan ham kam bo‘Isa, yonish jarayonini amalga oshirib bo‘lmaydi [3].
Alanganing yondirgich sathidan sakrab o‘tishi bilan bog‘liq sharoitda, barqarorlikning quyi chegarasidagi oqim tezligi
=-~ tenglamaga muvofiq qaralayotgan aralashmadagi
V dr ),->r R
alanganing normal tarqalish tezligiga proporsionaldir. Shuning uchun yonish barqarorligining quyi chegarasini belgilovchi chiziq (7.6-rasm, 1 egri chizig‘i) o‘zining shakliga ko‘ra konsentratsion yonish chegarasiga mos va aralashma tarkibiga ko‘ra belgilangan chegarada ortiqcha yoqilg‘i miqdori kam bo‘lganda maksimal ko‘rsatkichga ega bo‘ladi.
Keltirilgan |^=-i ifodaga muvofiq yondirgich
к dr Л-ьи Я
diametrining kattalashuvi bilan alanganing sakrab o‘tish tezligi ham ortadi. Aralashmani diffuzion yoqish uchun mo‘ljallangan yondirgichlarda alanganing sakrab o‘tishi mumkin emas.
Oqimning yuqori barqarorlik chegarasidan katta tezliklarida alanga uziladi va o‘chadi. Yondirgich diametrini kattalashuvi bilan yonish barqarorligini yuqori chegarasining qiymati ham
102

kattalashadi. Barqarorlikning yuqori chegarasi ustida alanganing uzilish sohasijoylashgan. 7.6-rasmdagi 2 chizig'i maksimal yonish jadalligini xarakterlaydi.

1 va 2 egri chiziqlari orasida barqaror yonish sohasi joylashgan. Tarkibiga ko‘ra yuqori konsentratsion chegaradan baland turgan hamda tarkibida oksidlovchi va aralashma bodmagan yoqilg1 ining diffuzion mash’alasi keng tezliklar diapazoniga nisbatan barqaror sanaladi.
7.6-rasm. Atmosfera turidagi yondirgichlarda yonishning barqarorlik chegaralari.
Xususan metan yoki metanga boy bo‘lgan tabiiy gazlar uchun barqaror yonish sohasiga ortiqcha havo miqdori a = 0 0,6 bodgan aralashmalar ham kiradi. Yuqori konsentratsion chegara va stexiometrik tarkibga ega bo'Igan aralashmalar uchun havoning ortiqchalik ko'rsatkichi kattalashishi bilan barqaror yonish chegarasi kichiklashadi, ya’ni aralashma tarkibini stexiometrik ko'rsatkichga yaqinlashtirilishi bilan yonish barqarorligi pasaya boshlaydi. Stexiometrik aralashma va ortiqcha havo miqdoriga ega (a>l) aralashmalar uchun yuqorigi chegara sakrab o'tish egri chizig1 iga yaqinlashadi va barqaror yonish chegarasi yonish amalda barqarorligini yo'qotgunga qadar kamayib keladi. Ortiqcha havo miqdorining bunday ta’sirini quyidagicha tushuntirish mumkin,
103

to‘yingan yonuvchi aralashmalarda tashqaridagi gaz oqimining diffuzion harakati kuchayishi bilan birga yondirgichning qirralari yaqinida diffuzion alangalanishning yuqori darajada barqarorligini ta’minlovchi ishonchli o‘t oldirish doirasi paydo bo‘ladi. Stexiometrik tarkibli, xususan, kam havo tarkibiga ega aralash- malar yondirilganda yondirgich qirralarida yonuvchi aralashma tashqi muhit havosi bilan kuchli aralasha boshlaydi. Natijada alanganing bunday yonuvchi aralashma tarkibida tarqalishining sekinlashishi va bu holatning o‘t oldirish doirasi oldidagi yonish haroratini kamaytirishi yonish barqarorligining yuqori chegarasini pasayishiga olib keladi. Shuning uchun ham atmosfera bosimli yondirgichlar uchun yonuvchi aralashma tayyorlanayotganda yoqilg‘i gazi bilan yonish uchun zarur bo‘lgan havoning 40-70 %i aralashtiriladi. Bu esa alanganing uzilish xavfini kamaytiradi va alanganing sakrab o‘tishini oldini olish uchun qulay sharoit yaratadi. a < 0,4 holatda yonish jarayonini boshlash maqsadga muvofiq emas, chunki bu paytda kimyoviy chala yonish tufayli issiqlik isroflari ortib ketishi kuzatiladi.

Alanganing sakrab o‘tishi kabi uning uzilishi ham yondir- gichni normal ishlashini buzilishiga va halokatli holatni yuzaga kelishiga olib kelishi mumkin. Bundan tashqari, ushbu hodisa yondirgichning minimal va maksimal chegaralari bo‘yicha ish unumdorligini cheklaydi. Yonishning normal kechishini ta’miniash uchun jarayon barqaror yonish sohasida amalga oshishi lozim.
Turli konstruksiyadagi yondirgichlaming barqaror yonish chegarasida alanganing sakrab o‘tishi yoki uzilishi bilan bogTiq holatlami tajribaviy usulda tahlil qilish mumkin. Bu tavsif odatda aralashmani oqib o‘tish tezligining quyi va yuqori chegaralarini ortiqcha havo koeffitsiyentiga bogTiqlik grafigi ko‘rinishida tasvirlash mumkin (7.6-rasm).
O‘t oldirish barqarorligi yondirgichlaming konstruksiyalariga ham bogTiq. Uyurmali yondirgichlarda uyurmaviy о‘t oldirish zonasi yondirgichning chiqish qismida joylashgan kurak moslamasi yoki uning kirish qismida joylashgan uyurmali buralish moslamasi kabi aerodinamik jihozlar yordamida yondirgichdan chiqayotgan yonuvchi aralashmani bitrash yo‘li bilan amalga
104

oshiriladi. Ba’zi hollarda turg‘unlashtirish usullari kombinatsiya- lanadi (birgalikda qo‘llanadi). Masalan, yondirgichning chiqish kesimida joylashgan kichik buralishga ega moslama qo‘llanilganda havo oldindan, ya’ni kirish qismidan burab uzatiladi [3].